沼氣生物脫硫的關鍵技術及應用研究.pdf

1、沼氣作為可再生能源已成為我國能源戰(zhàn)略的重要組成部分，開發(fā)高效的脫硫技術是沼氣有效利用的重要保證。與常規(guī)的化學脫硫相比，生物脫硫技術具有處理成本低和無二次污染等優(yōu)勢。沼氣生物脫硫技術引起眾多研究者的關注。沼氣生物脫硫主要由2部分組成，首先通過吸收液把沼氣中 H2S吸收下來，接著脫硫細菌把吸收液中的硫化物氧化成單質硫或者硫酸根。國內對于沼氣生物脫硫技術處于起步階段。本研究首先建立單質硫的分析方法，采用硫化鈉模擬廢水研究了pH、溶解氧（DO）

2、、水力停留時間（HRT）、溫度和鹽度等運行參數(shù)對硫化物生物氧化成單質硫的影響。采用PCR-DGGE技術分析高含鹽生物脫硫反應器中的優(yōu)勢菌種。采用16S rDNA克隆文庫技術分析高含鹽生物脫硫系統(tǒng)細菌多樣性。在留民營沼氣站開展了日處理沼氣100m3生物脫硫的中試研究和日處理沼氣1000m3生物脫硫示范工程研究。在高碑店污水處理廠開展污泥厭氧消化產沼氣中高濃度H2S生物脫硫中試研究。
　　單質硫的測定還沒有成熟的方法。論文中首先建立了

3、液-液萃取與氣相色譜-質譜聯(lián)用分析環(huán)境樣品單質硫方法。CS2作為測定單質硫的萃取溶劑優(yōu)于CCl4。此方法測定單質硫形態(tài)的線性范圍為5-200 mg/L，測定下限達到0.11mg/L。在其檢測下限，5個平行樣的相對標準偏差為3.18％。率先采用液-液萃取與氣相色譜-質譜聯(lián)用儀定量分析環(huán)境樣品中單質硫的方法是本文的一個創(chuàng)新點。
　　從降低生物脫硫的成本考慮，生物脫硫的關鍵技術是把硫化物氧化成單質硫。為了研究問題的方便，采用硫化鈉模擬廢

4、水代替吸收液中的硫化物，研究工藝參數(shù)對單質硫生成的影響，探索影響單質硫生成的關鍵因素。硫化鈉模擬廢水生物脫硫研究表明，脫硫細菌在pH7.8-8.2時活性最高。增加溶解氧濃度會降低單質硫的生成率。當DO濃度在2.55mg/L時，硫的去除負荷和單質硫的產率最高。當脫硫負荷保持不變時，HRT對脫硫效果的影響很小。最有效的脫硫溫度是33℃。當鹽濃度從0.5%升至2.5%時，脫硫負荷從2.85kg/(m3·d)降至0.51kg/(m3·d)，在生

5、物脫硫反應器中，保持一個合適的鹽度非常必要。組合填料和半軟性填料的脫硫負荷相差不大，采用組合填料生成的污泥沉降性好于半軟性填料。聚合氯化鐵對單質硫混凝效果優(yōu)于聚合氯化鋁。
　　為了明確生物脫硫系統(tǒng)的優(yōu)勢菌種，方便相關研究者進一步完善生物脫硫技術，采用 PCR-DGGE方法對反應器中的優(yōu)勢菌種進行分析。菌種分析表明，高鹽度廢水生物脫硫系統(tǒng)的優(yōu)勢菌種包括Halothiobacillussp. ST15，Uncultured bacte

6、rium cloneJ69-151C-2A，Thiobacillussp. ISA11，和Marine bacteriumHB-5等4種。主要脫硫細菌是硫桿菌屬的Thiobacillussp. ISA11和鹽生硫桿菌屬的Halothiobacillussp. ST15。
　　PCR-DGGE技術只能表明生物反應器中存在的優(yōu)勢菌種，并不能明確表明各類細菌所占的比例。論文進一步采用16S rDNA克隆文庫方法對細菌的多樣性進行分析。研

7、究表明，高含鹽生物脫硫系統(tǒng)中的微生物主要包括3種類群：變形菌類群、放線菌類群和鞘脂桿菌類群。細菌類群優(yōu)勢順序為：γ-變形菌占55.9%，β-變形菌占17.6%，放線菌占8.8%，δ-變形菌占5.9%，α-變形菌占5.9%，鞘脂桿菌占2.9%。生物脫硫系統(tǒng)中主要的脫硫細菌是鹽生硫桿菌屬Halothiobacillus sp.ST15（占55.9%）和硫桿菌屬Thiobacillus sp.UAM-I（占14.7%）。成功培養(yǎng)Halothi

8、obacillussp. ST15成為脫硫系統(tǒng)的優(yōu)勢菌種是本研究的重要創(chuàng)新點。
　　硫化鈉模擬廢水研究確定控制單質硫生成的工藝條件，PCR-DGGE技術和16S rDNA克隆文庫方法進一步明確反應器中的優(yōu)勢菌種。上述研究為開展沼氣生物脫硫技術奠定堅實的基礎。論文在上述研究的基礎上，在留民營沼氣站開展日處理100m3沼氣的生物脫硫中試實驗。當H2S濃度在2800-4200 mg/m3之間，氣液體積比10:1，控制吸收液pH在7.8-

9、8.2之間，吸收液溫度25℃的條件下，吸收塔內沼氣中H2S的去除率達到90%以上。
　　生物脫硫中試實驗基礎上，在留民營沼氣站建立生物脫硫示范工程，其處理規(guī)模1000m3/d，沼氣中H2S濃度2800-4200 mg/m3，在pH=8、氣水比10:1和47s的接觸時間，H2S的去除率達到90%。硫化物轉化成單質硫的比例85%。在示范工程成功運行的基礎上，生物脫硫成功入選2012年北京市節(jié)能低碳技術，沼氣生物脫硫技術成功實現(xiàn)工程化應

10、用。
　　在高碑店開展污泥厭氧消化產生的沼氣生物脫硫技術中試研究。其沼氣中H2S濃度較高，在7000-8400 mg/m3之間，當氣液比是10:1，吸收液pH達到8.3時，103s的接觸時間，處理后沼氣中H2S濃度為115mg/m3，實驗運行效果達到863項目的技術要求。高碑店沼氣生物脫硫反應器中有4種優(yōu)勢菌種，其中可以氧化硫化物的菌種依次為：①螺桿菌科 Sulfurimona屬的 Sulfurimonas sp. RS_Sur1